Question

3．某化學課外興趣小組探究氫氣還原氧化銅的反應，有如下實驗裝置：

（1）上述A裝置可用于實驗室制取氫氣和二氧化碳，請分別寫出實驗室制取氫氣和二氧化碳的化學方程式Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑；CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑；
上述可用于收集二氧化碳裝置是C（用裝置字母序號填空）．
（2）請你參與探究氫氣還原氧化銅得到的紅色固體的成分，完成下列各題：
已知信息：Ⅰ．氫氣還原氧化銅除生成銅外還可能生成氧化亞銅（Cu₂O）；Ⅱ．Cu和Cu₂O均為不溶于水的紅色固體；Ⅲ．Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O
提出問題：紅色固體含有什么物質？
①猜想假設：
假設一：紅色固體只含Cu；假設二：紅色固體只含Cu₂O；
假設三：紅色固體含有Cu和Cu₂O（請補充完成假設三）．
②實驗探究：（填寫表中空格）

實驗操作	實驗現(xiàn)象	實驗結論
a．取少量紅色固體加入到足量硫酸溶液中	無明顯現(xiàn)象	假設成立假設一
b．取少量紅色固體加入到足量硫酸溶液中	有紅色固體剩余	假設二和假設三均成立

③數據處理：甲同學稱取Wg紅色固體加入到足量硫酸溶液中使其充分反應后，（填操作名稱）、洗滌、干燥，稱量剩余紅色固體質量為mg，通過計算，若m=$\frac{64w}{144}$g（選填＞、＜或=），則假設二成立；若m＜$\frac{64w}{144}$g（選填＞、＜或=），則假設三成立．
④交流與反思：只要假設合理，實驗方法正確，根據實驗現(xiàn)象和數據就能得出結論．

Answer 1

分析 （1）熟記實驗室制取氫氣和二氧化碳的化學反應式；根據二氧化碳的密度和溶水性選擇收集裝置；
（2）①紅色固體的成分除一、二兩種假設外，還應有二者的混合物這一假設；
②根據所設計的實驗：向紅色固體中加入足量稀硫酸，由于銅不能與稀硫酸發(fā)生反應，而Cu₂O能與稀硫酸反應生成銅和硫酸銅，反應后溶液呈藍色說明固體中含有Cu₂O；若無現(xiàn)象，則固體中只含有銅；
③假設7.2g紅色固體全部是Cu₂O計算銅的質量，看是否等于3.2g；或假設所得3.2g全部是銅計算Cu₂O的質量，看是否等于7.2g，據此判斷紅色固體的組成成分．

解答 解：（1）實驗室用鋅與稀硫酸反應制取氫氣的化學反應式是：Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑；用石灰石與稀鹽酸反應制取二氧化碳的化學反應式是：CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑；二氧化碳的密度大于空氣的密度，并且易溶于水，所以可用C向上排空氣法收集．
故答案為：Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑；CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑；C；
（2）①氫氣還原氧化銅有可能生成銅或氧化亞銅，因此可猜想反應后生成物為：銅或氧化亞銅或銅與氧化亞銅的混合物；
故答案為：Cu₂O和Cu的混合物；
②稀硫酸不能與銅發(fā)生反應，而氧化亞銅可與稀硫酸反應生成銅、硫酸銅和水；因此，當無現(xiàn)象時，說明固體中只含有銅；而溶液變成藍色時，說明紅色固體中含有氧化亞銅；氧化亞銅與稀硫酸反應生成的銅，使溶液中出現(xiàn)的紅色銅，不能確定原紅色粉末中是否一定含有銅；
故答案為：

實驗操作	實驗現(xiàn)象	實驗結論
a．取少量紅色固體加入到足量硫酸溶液中	無明顯現(xiàn)象	假設成立 假設一
b．取少量紅色固體加入到足量硫酸溶液中	有紅色固體剩余	假設二和假設三均成立

③要得到剩余的紅色固體，先進行過濾實驗，在通過洗滌、干燥．
若假設二成立，紅色固體只含Cu₂O，所有的Cu₂O都與稀硫酸反應，我們可用據此計算出剩余固體m的質量，即此時假設二成立．
假設Wg紅色固體全部是Cu₂O，反應后生成銅的質量為m
Cu₂O+H₂SO₄═Cu+CuSO₄+H₂O
144                 64
 W                  m
$\frac{144}{W}=\frac{64}{m}$
m=$\frac{64W}{144}$
若m＞$\frac{64w}{144}$說明紅色固體中原本就含有銅，所以假設三成立．
故答案為：過濾；=；＞．
答案：
（1）Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑； CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑；  C；
（2）①紅色固體含有Cu和Cu₂O； ②假設一；有紅色固體剩余；③過濾；=；＞

點評 在研究物質組成時，通過定性的探究實驗不能確定某組成成分時，可通過定量研究加以判斷；定量研究時，質量守恒思想是進行推斷的根本依據．